Characteristics of Non-point Pollutant Discharge from Upper Watershed of Seomjin Dam during Rainy Season

곽동희

¹

¹

²

³

⁴

⁴ Kwak, Dong-Heui ¹ ·Yoo, Seung-Joon ¹ ·Kim, Ji-Hoon ² ·Lim, Ik-Hyun ³ Kwon, Ji-Young ⁴ ·Chung, Paul-Gene ⁴

1 서남대학교 환경화학공학부, 2 한국수자원공사 섬진강댐관리단, 3 한려대학교 토목환경공학과, 4 전북대학교 환경공학과

(2007년 9월 19일 접수 ; 2008년 1월 15일 채택)

Corresponding author Tel +82-63-620-0223, Fax +82-63-0211, E-mail [email protected]

섬진강댐 상류 유역의 강우시 비점오염물질 유출 특성

Characteristics of Non-point Pollutant Discharge from Upper Watershed of Seomjin Dam during Rainy Season

Abstract

This study was carried out to investigate the characteristics of the pollutant discharge from non-point source and to estimate the unit loads of the pollutant discharge from the upper watershed of Seomjin Dam during rainy season. The upper watershed of Seomjin Dam is located in the middle of Jeonbuk province is formed two tributaries mainly. A sub-branch stream of those tributaries is Imsil stream of which flow rate is about 13% of the main stream of Seomjin reservoir normally.

On the basis of measurement result in this study, the water quality of Imsil stream was fluctuated highly and the quantity of measured pollutant discharge was higher than the value calculated with the proportion of flow rate during dry season. On the contrary, during rainy season the mean values of flow rate and water quality were higher than the quartile according to the statistical analysis. That means rainfall can influence strongly on the water quality of the upper watershed of Seomjin reservoir.

Among the several criteria of water quality, SS discharge was most sensitive to the flow rate variation of stream, which was fluctuated in proportion of rainfall, basically.

It was evaluated the event mean concentration (EMC) of non-point source pollutants depending on rainfall events as well.

Though the pollutant discharge unit of Imsil stream was lower than the main stream of Seomjin reservoir, the EMC value of Imsil stream was higher than the main stream of Seomjin reservoir.

Key words : Seomjin river, Imsil stream, non-point pollutant, event mean concentration (EMC), unit load, rainfall

1. 서 론

일반적으로 공공수역으로 유입되는 오염물질 발생원 점 오염원과 비점오염원으로 구분되며, 비점오염원은 초지, 임

야, 도시용지, 농경지, 건설지, 도로 등의 넓은 면적에 분포 하는 오염원으로서 이들에 의해 유출되는 오염물은 강우에 따라 유출된다. 유출된 오염물은 토양 및 지형, 토지 이용도, 일간, 계절간, 강우강도, 강우지속시간 등의 다양한 수문학

적 특성에 따라 배출량의 변화가 크고 이동경로가 달라지기 때문에 발생량의 예측과 정량화 뿐 아니라 배출특성의 파악 이 어려운 특성을 가지며, 발생량이 매우 불규칙하고, 많은 종류의 오염물질을 포함하고 있다(Ichiki, et al., 1991;신 등, 2001;이 등, 2002). 현재, 이렇게 발생된 오염물질은 수 역에서 부영양화뿐 아니라 각종 오염을 유발하고, 수질 악화 에 따른 용수로서의 기능을 저하시킬 뿐 아니라 수중 생태계 를 위협하고 있다. 따라서 다양한 수문학적 특성에 따라 배 출특성이 달리 나타나기 때문에 비점오염원 관리 대책이 5 대강 유역과 상수원별로 수립되고 있으며, 대상 유역과 상수 원의 비점오염원에 관한 개별적인 연구도 활발히 이루어지 고 있다(박 등, 2004; 강, 2005; 진 등, 2006; 신, 2007).

전라북도에 위치한 섬진호 역시 비점오염원에 의한 다양 한 오염물질이 수계로 유입되고 있으며, 최근에는 단기간의 높은 강우강도에 의한 산발적인 집중호우 등으로 섬진호로 유입되는 비점오염원에 의한 오염물질 부하가 가중됨으로 써, 섬진강댐의 지속적인 수질개선과 오염방지 노력에도 불 구하고, 다시 수질악화 경향을 보이고 있다.

이에 본 연구에서는, 섬진호의 수질보전대책수립을 위한 기초 조사연구의 일환으로써, 섬진호의 수질에 직접적 영향 을 미치는 비점오염원에 의한 영향을 파악하기 위하여 섬진 강댐 상류유역의 섬진강 본류에 대한 강우시와 비강우시 유 량과 수질 조사를 행하였으며, 강우시와 비강우시의 오염물 질 유출 특성을 파악하여 섬진강댐 비점오염원 관리 대책 수 립의 기초자료를 제공하고자 하였다.

2. 연구 내용 및 방법

2.1 대상 유역 특성

섬진강 유역은 우리나라 5대강 유역의 하나로서 우리나라 남해안 중서부에 위치하고 있으며 총 유역면적은 4,896.4

㎢, 본류의 유로연장은 212.3 km이다. 섬진강 본류 유역 중 에서 전라북도에 위치한 상류지역은 유역면적이 2,132.4

㎢, 유로연장이 146.1㎞로 섬진강 전유역면적의 약 44%에 해당한다(Fig. 1). 이 유역은 임야가 70% 이상을 차지하고 있다.

본 연구의 조사유역은 임실천과 임실천 합류 후 섬진강 본류로서, 임실천 유역과 섬진강 본류의 유량과 수질 조사는 각각 용산교(임실군 관촌면 용산리)와 덕암교(임실군 신평면 덕암리)에서 수행되었다. 수질측정지점은 섬진강댐으로 유 입되는 섬진강 본류와 지천의 하천모식도인 Fig. 2에 나타 내었다.

2.2 조사 및 분석방법

임실천 유역의 용산교 지점과 임실천 합류 후 섬진강 본 류의 덕암교에서 2004년 6월부터 2005년 1월까지 비강우 시에 6회, 강우시에 6회에 걸쳐 Table 1과 같이 유량 및 수 질조사를 실시하였다. 비강우시엔 연구를 시작한 1회차를 제외하고, 비강우 지속시간이 5일 이상 지속된 시점에서 실 시하였다. 강우시에는 3회차를 제외하고 예상 강우량이 15

㎜ 이상으로 하여 2시간 간격으로 강우로 인한 유량이 유출 초기상태로 될 때까지 연속측정을 수행하였다.

유량은 강우시간에 따른 하천의 수위와 동시에 하천유량 을 측정하였고, 비강우시 및 강우시의 오염물질 유출상태를 비교하여 강우에 의한 수질, 유량의 변화에 따른 유출특성을 분석하였다.

pH, DO, EC, 수온, 유속은 현장에서 측정하였고, BOD, COD, SS, T-N, NH

₃

₂

₃

₄

유량조사에서는 초음파 유량계(sigma 910)를 사용하였으며 단면을 통과하는 유속과 수심을 측정하여 유량을 산정하는 방식으로 유속은 초음파(도플러)방식으로 측정하며, 수심을 측정하여 유량(유속×단면적)으로 환산하여 구하였다. 비강 우시는 회전식 유속계를 사용하여 유량을 측정하였다.

Fig. 1. Location of upper watershed of Seomjin river.

Fig. 2. Schematic diagram of upper watershed of Seomjin river and branch stream.

건기시와 강우시 조사·분석한 유량과 수질 결과에 대한 최소값(minimum), 하사분위수(lower quartile), 중간값 (median), 평균값(mean), 상사분위수(upper quartile) 및 최대값(maximum)의 통계분석을 수행하였다. 또한, 이에 대한 항목별 오염부하량을 산정하여, 건기시와 강우시에 임 실천 유역이 섬진강 본류에 미치는 기여도를 분석하였다.

강우시 유량이 오염부하량에 미치는 영향을 파악하기 위 해서, 유량과 오염부하량의 관계를 분석하였으며, 우수유출 수의 비점오염물질 배축 특성을 파악하기 위한 강우사상별 유량가중평균농도(EMC: Event Mean Concentration)를 아래의 식 (1)을 이용하여 산정 후 강우사상별 강우시 유출 된 오염부하량 총량을 산정하였다.

(1)

여기서, ΣQ

i

i

i

강우에 의한 유출오염부하량은 강우시에 우수유출과 비점 오염부하가 가중되는 것을 가정하여, 강우시 산정된 유출오 염부하량에서 기저부하량을 빼서 산정하였다. 기저부하량은 비강우시 측정된 하천의 평균 오염부하량을 이용하였다.

섬진강 본류와 임실천 유역에 대한 강우에 의한 유출오염 부하 원단위를 산정하였으며 유량과 오염부하량을 실측해서 산정하는 방법인 유효강우량법 (2) 식을 이용하였다.

(2)

여기서, I

_a

(= 강우시 총누가오염부하량(kg) - 비강우시 총누가오염 부하량(kg))

A : 배수면적(ha) P

_a

_a

3. 결과 및 분석

3.1 비강우시 수질 변화 및 오염부하량 유출특성

Table 1. Characteristics for rainfall events during this study

Period Sampling (date)

Dry season Rainfall events

1st 2nd 3rd 4th 5th 6th

06.04.11:00

Repetition (times)

1

Duration time*

(day) 4

Sampling (date) 07.02.11:00-02.21:00 07.03.16:00-04.14:00 07.11.16:00-12.14:00 08.18.10:00-19.08:00 08.26.13:00-26.23:00 11.26.09:00-26.19:00 5

6 8 7 7 1

1 1 1 1

Repetition (times)

6

Duration time*

(day) 6 0 2 0 1 12

Precipitation (mm)

16 58 9 207.5

18 15.5 12

12 12 6 6 07.23.11:00

08.12.11:00 09.04.11:00 10.05.11:00 12.03.11:00

Note) *Duration time: duration days from last rain without rainfall event.

유량증가평균농도 = =강우사상별총오염물질발생량(kg) ΣQ

i

i

ΣQ

i

L = ×1

a

A P

a

p

a

Fig. 3. Statistical analysis for flow rate and water quality of Imsil stream and Seomjin river during dry season.

(median), 상 사 분 위 수 (upper quartile), 최 대 값 (maximum)의 통계적 분석결과를 Table 2에 정리하였다.

비강우시의 임실천과 섬진강 본류의 유량과 수질에 대한 평균, 최소, 최대, 하사분위수, 상사분위수, 중앙값 및 사분 위간 범위(interquartile range)를 도시한 Fig. 3에서와 같 이, 임실천의 유량은 0.17~0.43 CMS, 평균 0.25 CMS로, 임실천 합류 후의 섬진강본류의 유량은 0.88~3.71 CMS, 평균 1.81 CMS로 조사되었으며, 비강우시 섬진강 본류의 평균 유량은 임실천 평균 유량의 약 7배 이상 크게 분석되었 다. 비강우시의 수질변화를 살펴보면, 유량이 적은 임실천의 경우 BOD, COD, SS, 영양염류의 변동폭이 섬진강 본류의 수질보다 큰 반면, 유량이 큰 섬진강 본류는 BOD, COD의 변화폭은 작고, SS가 비교적 변화폭이 다소 큰 것을 알 수 있다. 비강우시 수질분석결과, 전반적으로 유량이 적은 임실 천의 수질이 섬진강 본류의 수질보다 나쁘고, 변동폭이 큰 것으로 나타났다.

조사기간 동안, 비강우시의 항목별 평균 오염부하량과 임 실천의 오염부하량이 섬진강의 오염부하량에서 차지하는 비 율을 Table 3에 나타내었다. 일반적으로 비강우시의 오염물 질 부하량은 점오염원에 기인한다. 섬진강 본류보다 수질상 태가 좋지 않은 임실천(섬진강 본류 유량의 13.8%를 차지) 의 오염부하량은 섬진강 본류 오염부하량에 비하여 다소 높 은 비율을 보이고 있었으며, 임실천의 오염부하량을 섬진강

본류의 오염부하량에 누적시켜 Fig. 4에 도시하였다. 비강 우시 섬진강 본류의 BOD와 T-N 오염부하량은 각각 494 kg/day, 311 kg/day로 분석되었다.

3.2 강우시 유량 및 수질변화

강우시 임실천 유역인 용산교 지점과 섬진강 본류인 덕암 교 지점에 대한 1차에서 6차까지의 강우량에 따른 시간별 유량 및 수질 조사 결과를 Fig. 5에 도시하였다.

본 연구대상 유역인 임실의 연간 총 강수량은 1,274 ㎜/년 이며, 이중 28.8 %에 해당하는 367.5 ㎜/월이 8월의 강수량 이다. 년간 일최대 강수량은 197.5 ㎜/일로 본 연구에서의 4

Table 2. Statistical analysis for pollutants of Imsil stream and Seomjin river during dry season

(Unit : CMS, mg/L)

Statistical variable flow rate BOD COD SS T-N NH3-N NO3-N T-P PO4-P

Mean 0.25 4.78 5.23 14.20 2.40 0.382 1.113 0.136 0.054

Min 0.17 2.80 1.80 2.00 1.10 0.110 0.287 0.080 0.036

lower quartile 0.18 3.78 4.45 8.00 2.24 0.135 0.962 0.092 0.041

median 0.19 4.93 5.00 17.00 2.79 0.360 1.218 0.117 0.055

upper quartile 0.30 5.34 6.45 21.00 2.81 0.638 1.466 0.155 0.065

Max 0.43 7.15 8.40 23.00 2.82 0.670 1.530 0.254 0.071

Mean 1.81 2.90 3.57 5.67 1.87 0.132 1.165 0.059 0.017

Min 0.88 1.50 2.60 1.00 1.20 0.020 0.509 0.029 0.006

lower quartile 1.18 1.96 2.98 2.25 1.67 0.093 0.987 0.039 0.011

median 1.32 2.82 3.60 5.50 1.89 0.110 1.206 0.047 0.016

upper quartile 2.22 3.75 4.15 8.00 2.18 0.173 1.388 0.066 0.019

Max 3.71 4.53 4.50 12.00 2.40 0.270 1.706 0.121 0.034

basin

Imsil stream

Seomjin river

Fig. 4. Mean pollutant loads during dry season.

Table 3. Mean pollutant loads during dry season

Description Imsil stream

(kg/day) Seomjin river

(kg/day) Fraction of Imsil in Seomjin basin (%)

Flow rate 0.25 1.81 13.8

BOD 97.0 493.5 19.7

COD 108.6 572.8 19.0

SS T-N T-P

311.2 54.0

4.4

1,014.9 311.4

12.7

30.7 17.3 34.9

차 강우시 조사기간인 8월 18일이었다.

강우기간 동안 유량은 강우사상이 클수록 유량은 지체현상에 의 하여 강우강도보다 조금 늦게 증가하였다가 감소하는 경향을 보였 다. 가장 높은 강우강도를 보인 4차 강우시 강우량은 최대일평균 강 수량으로써, 이에 따라 유량변동폭도 큰 변화를 보였는데, 임실천에

서는 1.2~61.3 CMS, 섬진강에서는 3.2~773 CMS로, 각각 건기시 평균 유량의 4.8~245배, 1.8~427배의 변화를 보였다. 또한 섬진강 이 임실천보다 약 7배 높은 유량을 보였던 비강우시와는 달리, 강우 시에는 강우량에 따라 1.2~12.6배의 큰 유량 차이를 보였다.

조사시기별 유입되는 오염물질의 농도는 총 강우량이

Fig. 5. Variation of pollutants concentration during rainfall events.

Table 4. Statistical analysis for pollutants of Imsil stream and Seomjin river during rainfall events

(단위 : CMS, mg/L)

Statistical variable flow rate BOD COD SS T-N NH3-N NO3-N T-P PO4-P

Mean 8.2 2.5 6.7 69.8 2.71 0.883 1.374 0.182 0.111

Min 1.2 0.8 2.8 2.0 1.00 0.150 0.426 0.011 0.004

lower quartile 1.8 1.6 4.8 6.0 2.00 0.413 1.351 0.100 0.046

median 2.8 2.0 5.8 21.5 2.45 0.585 1.467 0.128 0.086

upper quartile 7.4 2.9 7.0 56.7 3.17 0.953 1.531 0.213 0.139

Max 61.3 6.9 16.0 551.0 5.10 3.030 1.677 0.670 0.446

Mean 84.4 2.3 4.7 35.0 2.14 0.344 1.650 0.120 0.060

Min 3.2 0.3 2.0 1.0 0.60 0.040 0.372 0.011 0.002

lower quartile 4.6 1.5 3.0 4.0 1.82 0.143 1.467 0.039 0.019

median 12.2 2.0 3.6 10.0 2.19 0.275 1.751 0.077 0.034

upper quartile 78.5 2.8 5.0 20.7 2.49 0.398 1.928 0.138 0.075

Max 773.0 8.4 13.4 312.0 3.50 1.260 2.460 0.614 0.339

basin

Imsil stream

Seomjin river

207.5 ㎜/24hr로 가장 큰 4차 강우시에 가장 큰 것으로 조 사되었으며 임실천의 BOD, COD, SS, TN, TP의 평균값은 각각 2.3, 9.4, 196.8, 2.0, 0.3 ㎎/L으로 조사되었고 각각 의 최대값은 5.7, 16.0, 551.0, 3.6, 0.5 ㎎/L, 각각의 최소 값은 0.8, 4.4, 15.0, 1.0, 0.1 ㎎/L으로 분석되어 수질 변동 폭이 가장 크게 나타났다.

임실천과 섬진강의 강우에 의한 수질은 강우량와 강도강 도에 따라 큰 차이를 보였으나, 지체현상에 의해서 최대강우 강도보다 조금 늦게 입자상 물질에 기인하는 SS를 비롯한 유기물질이 증가, 최대값을 나타냈으며, T-N은 증가하는 경향을 보였다.

강우에 의한 시간별 유량 및 수질 결과의 평균값(mean), 최소값(minimum), 하사분위수(lower quartile), 중간값 (median), 상 사 분 위 수 (upper quartile), 최 대 값 (maximum)의 통계분석을 행하였으며, 이 결과를 Table 4 에 나타내었다. 전반적으로 강우에 의하여 섬진강의 유량은 건기시에 비하여 임실천보다 더 큰 증가를 보인 반면 강우에 의한 수질은 섬진강보다 임실천에서 더 높은 변화를 나타내 었다(Fig. 6). 통계적 분석 결과에 의하여, 건기시와는 달리, 강우시의 유량 및 수질의 평균값은 대부분 상사분위수(결과 들의 상위 75%) 보다 높았으며, 이는 강우에 의하여 수질 변 화폭이 클 뿐 아니라 수질은 강우에 의한 영향이 크다는 것 을 의미한다.

3.3 강우시 오염부하량 유출 특성

조사회수별 최소, 최대 그리고 평균 오염 부하량을 Table 5

9,166 389 1217 740 534 26 134,151 472 1,155 950 972 24

11,304 441 1519 1,085 666 31 15,502 712 1,488 1,963 1,225 34

8,287 322 960 411 382 22 11,570 280 888 278 779 18

21,516 948 4,441 50,548 2,238 160 108,888 5,761 12,286 50,742 6,167 420

30,719 1424 8,680 256,563 3,760 494 196,765 11,373 20,295 177,597 11,806 886

11,549 419 1,774 3,603 942 34 12,683 858 1,705 1,552 578 13

6,732 306 797 1,300 389 14 33,132 1,134 2,178 6,649 1,701 23

9,743 424 1,356 3,040 523 26 47,391 2,863 3,867 14,662 2,507 49

4,434 149 380 213 223 2 16,220 233 1,168 2,488 740 8

92,628 5,491 25,622 623,883 5,538 801 1,058,985 76,416 271,554 5,177,287 62,828 8,425 220,716 15,465 84,775 2,690,967 16,852 2,786 2,782,630 268,925 894,894 20,836,330 204,771 31,237

27,714 293 996 3,112 228 22 27,744 1,005 3,196 666 599 44

9,417 631 1,265 11,145 440 33 306,639 12,820 21,017 127,893 12,961 53

13,242 1,024 1,843 22,246 653 53 342,899 21,305 26,335 163,841 15,176 941

6,063 308 721 3,201 280 19 276,984 2,485 13,295 73,124 10,636 508

4,723 639 499 2,002 297 9 13,778 1,633 1,176 588 596 11

6,016 1,003 751 4,043 453 14 15,650 2,660 1,728 924 711 13

4,156 512 379 499 237 7 12,498 1,298 985 372 477 9

Mean Max.

Min.

Mean Max.

Min.

Mean Max.

Min.

Mean Max.

Min.

Mean Max.

Min.

Mean Max.

Min.

BOD COD SS TN TP BOD COD SS TN TP

Flow rate

Imsil stream Descript.

1st

2nd

3rd

4th

5th

6th

Seomjin river Flow

rate

(unit : ㎥/hr, kg/day)

Fig. 6. Statistical analysis for flow rate and water quality of Imsil stream and Seomjin river during rainfall events.

에 나타내었으며, Fig. 7은 강우시 강우강도에 따른 임실천과 섬진강 본류의 인자별 오염부하량의 변화를 도시한 것이다.

강우사상별 강우유출에 의한 비점오염물질의 오염부하량 분 석결과, 최대오염부하량은 가장 높은 강우강도와 강우량을 보 였던 4차 조사시기에 나타났다. 임실천의 BOD 오염부하량 은 149~15,465 kg/day, 섬진강 본류의 BOD 오염부하량은

233~268,925 kg/day의 범위를 보였다. 강우시에 섬진강 본류의 BOD 부하량은 임실천의 최소 1.6배에서 최대 17.3 배의 비율로 분석되었다. 강우에 의해 가장 큰 변화폭을 보 인 항목은 SS부하량이었고, 임실천 수질이 섬진강 본류에 미치는 영향은 강우시보다 건기시에 큰 것을 알 수 있다. 강 우시 임실천이 섬진강 본류에 미치는 부하량을 백분율로 환

Fig. 7. Variation of pollutant load during rainfall events.

Fig. 8. Percentage of minimum, mean and maximum pollutant loading proportion during rainfall events based on mean pollutant loading during dry season for Imsil stream and Seomjin river.

산한 기여도를 살펴보면, BOD는 8%, COD는 11%, SS는 13%, TN은 11% 그리고 TP는 12%로, 건기시 임실천이 섬진 강 본류에 미치는 영향보다 적은 것으로 나타났다.

Fig. 8은 임실천과 섬진강 본류의 건기시 평균부하량에 대한 강우시의 최소부하량, 평균 부하량, 최대부하량의 백분 율을 나타낸 것이다. 강우시 임실천의 최대 BOD 부하량과 건기시 평균 BOD 부하량을 비교해보면, 최대 약 160배의 높은 비율을 보였으며, 건기시보다 평균 약 16배 높게 분석 되었다. 섬진강 본류의 경우, 건기시 평균 BOD 부하량에 비 하여 강우시 BOD 부하량은 최대 약 545배의 높은 비율로 임실천보다 훨씬 높은 비율을 보였다. SS의 평균 부하량과 강우시 유출되는 부하량을 비교해보면, 임실천에서는 최대 8640배, 섬진강 본류에서는 최대 약 20,000배의 차이를 보 였으며, 임실천의 TN의 건기시와 강우시 부하량은 최대 310배, 섬진강 본류는 최대 660배로 분석되었다. 또한 TP 는 임실천에서는 최대 630배, 섬진강 본류에서는 최대 2,470배로 나타났다.

강우시 하천에서의 부하량 유출특성은 유역의 개발상황, 강우조건 등에 따라 다르나 그 특성은 강우시의 부하량-유 량곡선을 통해 알 수 있다. 실측유량과 이에 대응하는 부하 량과의 관계식은 각각 다르지만 서로 강한 상관관계가 있는 것으로 알려져 있다(백 등, 2005). 임실천유역의 용산교 지 점과 섬진강 본류인 덕암교 지점에 대하여 강우시 조사된 결 과로부터 유량-부하량(L-Q)관계식을 산출하여 다음 Table 6에 나타내었다. L-Q관계식 산출시 유량이 매우 적은 경우 에 부하량이 0에 근접해야 하므로, zero-intreception을 갖 는 선형식으로 산출하였다. 이 식에서 기울기는 1이상이면 유량의 증가와 함께 오염물질의 유출되는 양도 함께 증가함

을 의미하고 1보다 작은 경우 유량의 증가에 따라 오염물질 의 유출량이 비례적으로 증가하지 않음을 의미한다. 특히 SS는 다른 항목 BOD, COD, TN, TP에 비교하여 유량이 증 가함에 따른 농도증가가 큰 것을 알 수 있다.

3.4 EMC와 오염물질 유출원단위

비점오염원 유출은 실시간으로 변화되는 유출량과 농도 의 변화가 있을 뿐만 아니라 샘플채취가 등간격으로 이루어 지지 않아 산술평균으로는 이를 충족시키기에는 단점이 있 는 이유로 강우사상에 따른 EMC는 강우유출수와 함께 유출 되는 오염물질을 평가하는데 가장 적절한 인자로 이용되며, 이에 각 강우사상에 대해 측정된 유량자료와 이에 해당하는 수질자료를 이용하여 Table 7로부터 EMC를 계산하였다.

임실천 유역에서 조사된 전체 강우사상에 대해 EMC를 산출한 결과 BOD 2.71mg/L, COD 6.85mg/L, SS 75.86mg/L, TN 2.71mg/L, TP 0.19mg/L로 나타났고 섬 진강 본류 유역에서는 2.60mg/L, 5.13mg/L, 46.53mg/L, 2.31mg/L, 0.13mg/L로 분석되었다.

섬진강 유역의 중권역인 주암호 유입하천인 외남천 유역 중 임야의 특성을 보이는 배수구역의 EMC(박 등, 2005)와 비교할 때, BOD를 제외하고 나머지 항목은 본 연구결과가 높았으며, 최대강우강도를 보인 4차시기로 인하여 최대값과 는 큰 차이를 보이고 있다. 또한 횡성호 유역(노 등, 2006)에 서도 강우사상에 따른 항목별 EMC를 산정하였는데, 본 연 구의 EMC가 상대적으로 높은 결과를 보였다. 반면 영산강 유역(진 등, 2006)의 BOD, COD, TN은 본 연구보다 높은 결과를, SS와 TP는 본 연구와 유사한 결과를 나타내었다.

임야가 70% 이상인 섬진강 유역과 임실천 유역의 강우에

Imsil

stream Seomjin

river

rainfall events BOD COD SS TN TP rainfall events

1 1.74 5.69 3.44 2.45 0.12

2 1.85 8.70 101.86 4.38 0.32

3 1.85 5.09 8.20 2.38 0.09

4 2.47 11.58 282.72 2.50 0.36 5 2.66 5.54 42.98 1.92 0.14 6 5.66 4.51 15.94 2.66 0.08

EMC 2.71 6.85 75.86 2.71 0.19

BOD COD SS TN TP

1 1.50 3.46 2.33 3.11 0.08

2 2.20 4.69 19.47 2.36 0.16

3 1.38 2.77 8.49 2.14 0.03

4 3.01 10.70 204.15 2.48 0.33 5 2.66 5.54 42.98 1.92 0.14

6 4.87 3.59 1.74 1.83 0.03

EMC 2.60 5.13 46.53 2.31 0.13

Table 7. EMCs for Imsil stream and Seomjin river during rainfall events

(unit : mg/L) (unit : Load-kg/day, Q-m

/day)

Note) R²: Coefficient of determination

Table 6. Relationship between flow rate and load during rainy season

Imsil stream

R² 0.9024 0.96386 0.86404 0.95878 0.93965 Relationship

BOD = 0.00253×Q COD = 0.01244×Q SS = 0.31897×Q TN =0.00277×Q TP =0.0004×Q Description

BOD COD SS TN TP

BOD COD SS TN TP Seomjin

river

R² 0.97282 0.9775 0.94315 0.97282 0.96848 Relationship

BOD = 0.00319×Q COD = 0.01129×Q SS = 0.23425×Q TN =0.0032×Q TP =0.0004×Q Description

의한 유출오염원단위를 Table 8의 유효강우량법을 이용하 여 산정한 결과, 섬진강 본류의 유출오염부하 원단위는 BOD, COD, SS, TN, TP에 대하여 각각 6.21 kg/ha/yr, 16.08 kg/ha/yr, 199.19 kg/ha/yr, 5.52 kg/ha/yr, 5.19 kg/ha/yr로, 임실천의 유출오염부하 원단위는 각각 3.07 kg/ha/yr, 11.48 kg/ha/yr, 132.84 kg/ha/yr, 4.41 kg/ha/yr, 0.59 kg/ha/yr로 산정되었으며, 섬진강 본류의 원단위가 임실천의 원단위보다 높은 결과를 보였다.

본 연구에서 산정한 섬진강 상류유역의 유출오염원 원단 위와, 환경부(1995; 2000)의 임야에 대한 항목별 원단위, 박 등(2005)의 농촌에 대한 항목별 원단위, 노 등(2006)의 복합 토지형태(산지, 논/밭의 비도시적 토지용)에 대한 항목별 원 단위를 비교하였다(Table 8). 환경부(1995, 2000)의 BOD, COD, TP 원단위는 본 연구의 원단위보다 낮게, SS는 본 연 구가 높은 결과를 보였다. 박 등(2005)이 제시한 농촌지역에 대한 원단위와는 다소 높지만 유사한 결과를 보였으며, 노 등(2006)의 복합토지형태보다는 높은 값으로 분석되었다.

4. 결 론

섬진호의 수질에 직접적 영향을 미치는 비점오염원에 의 한 영향을 파악하기 위하여 섬진강댐 상류유역의 섬진강 본 류에 대한 강우시와 비강우시 유량과 수질 조사를 행하였으 며, 강우시와 비강우시의 오염물질 유출 특성을 파악하고, 유출오염부하 원단위를 산정한 결과는 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

1. 건기시 유량이 섬진강 본류의 13.9%를 차지하는 임실 천은 섬진강 본류의 수질에 비하여 수질 변동폭이 컸으 며, 오염부하량은 섬진강 본류에 비하여 BOD는 약 19.7%, SS는 30.7%, TN과 TP는 각각 17.3%와 34.9%

를 차지하여 유량에 비하여 크게 높았다.

2. 섬진강 본류와 임실천의 유량과 수질에 대한 통계적 분 석 결과, 강우시의 유량 및 수질의 평균값은 대부분 상 사분위수보다 높았다. 이는 강우가 유역의 수질에 미치 는 영향이 매우 크다는 것을 나타낸다.

3. 임실천에서 강우시의 첨두부하량(BOD)과 건기시 평균

부하량(BOD)을 비교해보면, 최대 약 160배의 높은 비 율을 보였으며, 건기시 첨두부하량보다 평균 약 16배 높았다.

4. 강우시 유량-부하량 산출결과, SS 부하량이 다른 부하 량에 비해 유량에 가장 많은 영향을 받는 것으로 분석 되었다.

5. 본 연구의 대상유역에서 조사된 전체 강우사상에 대해 EMC를 비교 평가한 결과, 임실천의 유출오염부하 원 단위가 섬진강 본류의 원단위보다 낮음에도 불구하고 EMC는 임실천 유역이 섬진강 본류 유역보다 큰 것으 로 나타났다.

사 사

이 논문은 섬진강댐 유역 수질관리를 위하여 섬진호환경 연구소 연구과업의 일환으로 수행된 것으로, 연구비를 지원 한 한국수자원공사에 감사드립니다.

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Description BOD COD SS TN TP

Seomjin river 6.21 16.08 199.16 5.52 5.19

Imsil stream 3.07 11.48 132.84 4.41 0.56

MOE(1995) 3.5 9.3 314.7 8.02 0.52

MOE(2000) 3.4 7.2 333.4 1.3 0.1

Park(2005) 11.48 18.5 44.03 4.09 0.19

Roh(2006) 1.327 7.349 87.075 1.848 0.103

Table 8. Comparison of annual unit pollutant loads for Seomjin river and Imsil stream

(unit : kg/ha/yr)

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